玉米黑粉菌會抑制玉米葉片C4光合途徑-技術前沿-資訊-生物在線

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玉米黑粉菌會抑制玉米葉片C4光合途徑

作者:上海澤泉科技股份有限公司 2007-10-21T00:00 (訪問量:7075)

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德國科學家Voll的研究組近來利用氣體交換/熒光成像同步測量技術,研究了玉米黑粉菌感染后玉米葉片的光合性能和碳代謝。結果發現,玉米黑粉菌感染病變部位的二氧化碳響應曲線、二氧化碳補償點和酶活性在各個發展階段均表現出C3光合作用,C4代謝在感染的組織被抑制。

他們將玉米黑粉菌株SG200的細胞懸浮培養液注射入7日苗齡的玉米幼苗莖干。用同體積的水注入對照植物,然后分別測量葉綠素含量、碳水化合物、氨基酸、酶活性和光合作用等參數。通過利用德國WALZ公司的高精度4通道光合儀GFS-3000與調制葉綠素熒光成像系統IMAGING-PAM(MINI-探頭)的連用(見上圖),同步測量了氣體交換和葉綠素熒光成像。

玉米黑粉菌感染株仍有綠色區域,通過分析表明仍有較多的葉綠素存在。通過氣體交換測量,發現感染葉片的最大同化速率顯著降低,同時CO2補償點顯著增高,而此時模擬侵染的葉片CO2補償點卻降低。葉癭內的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性也降低,同時,葉片病變部位NADP-蘋果酸酶(NADP-ME)(C4循環的關鍵酶)的最大活性也減少了6倍多。從葉癭內C4循環的相關酶活性降低開始,發現葉癭內C4中心的代謝產物和丙氨酸含量均低于模擬感染的葉片。光合速率的降低伴隨著二氧化碳氣孔導度的下降。另外在萎黃色病癭間的綠色區域,氣體交換很難測量這些區域,而利用葉綠素熒光成像技術則十分簡單,侵染葉片的病癭和未受影響區域能夠直觀的從其吸光度上區分出來。與模擬侵染葉片相比,在感染4天時葉癭Fv/Fm就已經顯著下降,病癭間的未受影響區域與對照差異較小。與健康葉片比,葉癭處非光化學淬滅(NPQ)、PSII復合體中過剩光能的調節性能量耗散(Y(NPQ))均較低。這個影響伴隨著非調節性能量耗散(Y(NO))的增加和電子傳遞速率(ETR)的降低。所有這些影響在感染6天時比感染4天時明顯,表明葉癭部位盡管光化學活性受到抑制,卻仍然保持了光合活性。

研究亮點:
借助GFS-3000和MINI-IMAGING-PAM(合稱GFS-3000/IM),同步測量了氣體交換和葉綠素熒光成像,并且對病發部位的光合特性進行了測量,這些是無法用其他儀器替代的。通過MINI-IMAGING-PAM 對樣品吸光系數(Abs.)的測量,明顯區分了正常與感病部位,這在病理研究中也將會有重要的應用價值。他們的研究正是在GFS-3000/IM系統的強大功能支持下進行的,GFS-3000/IM系統也為科研工作者開拓了思路提供了新的研究手段,有巨大的應用潛力。

這篇文章即將發表在國際著名期刊《Journal of Plant Physiology》上。

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